CN110535451A - 一种新型电极结构的声表面波谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于声表面波器件领域，具体为一种新型电极结构的声表面波谐振器。本发明通过加入下电极，设计优化上电极结构，上电极采用周期性等间距排列的N根矩形金属条，将矩形金属条通过金属汇流条相连通，其中N≥2。其中上电极一个周期单元只需一根矩形金属条电极，传统叉指电极结构的声表面波谐振器中一个周期单元有两根矩形金属条电极，在相同的矩形金属条电极宽度下，本发明声表面波谐振器的周期比叉指电极结构谐振器的周期小一倍，本发明可以在相同光刻线宽条件下，实现更高的谐振频率；并且能减小谐振器尺寸，增加系统的集成度。
Description
技术领域
本发明属于声表面波器件领域，具体为一种新型电极结构的声表面波谐振器。
背景技术
声表面波器件有着广泛的用途，例如温度动态检测、压力动态检测、移动通信等等。声表面波器件以声表面波谐振器为基本单元，声表面波谐振器的原理是在压电材料表面施加一个周期性的电场，利用压电材料的逆压电效应，将电信号转变成声信号，激发出声表面波。
目前的声表面波谐振器用来激发声表面波的方法为在压电材料表面生长一层周期性叉指电极，即叉指换能器。声表面波谐振器的谐振频率只与声表面波的声速以及声表面波的波长有关，而声表面波的波长与叉指换能器的周期相等，其公式可写为F＝V/P，其中F为声表面波谐振器的谐振频率，V是声表面波的声速，P是叉指换能器的周期。
由于声表面波的声速V是器件材料本身所决定的，因此在器件材料确定的情况下，声速V就已经确定。而为了提高声表面波谐振器的谐振频率F，只能通过减小叉指换能器的周期来实现,即同步减小叉指电极宽度和电极间隙宽度；而制作周期更小的叉指换能器需要光刻极限更高的光刻设备，从而提高了对光刻设备的要求。
由于现在集成系统的集成度越来越高，对于集成系统中单个器件的尺寸要求也更高，而目前的声表面波谐振器的尺寸还具有进一步的缩小的空间。
发明内容
针对现有的高频声表面波谐振器在制作中对光刻精度的高要求以及集成系统中对器件尺寸的高要求；为了能在有限的光刻极限条件下，制作出面积更小，谐振频率更高的声表面波谐振器，本发明提供了一种新型电极结构的声表面波谐振器。
具体技术方案如下：
一种新型电极结构的声表面波谐振器由衬底、底电极、压电薄膜以及上电极依次叠加构成。
所述上电极由周期性等间距排列的N根矩形金属条电极组成，其中N≥2，矩形金属条电极通过金属汇流条相连通。上电极的一个周期单元有且只有一根矩形金属条电极，矩形金属条电极的宽度Le为25％P≤Le≤50％P，长度为10P到100P；其中P为上电极一个周期的长度0.1微米≤P≤100微米；即上电极在一个周期单元内的金属化比例η为25％P≤η≤50％P。
进一步的，所述压电薄膜的材料为氮化铝(AIN)或铌酸锂(LiNbO3)，压电薄膜的厚度hp为10％P≤hp≤80％P。
进一步的，所述底电极和上电极的材料为钼(Mo)、铝(Al)、金(Au)或铂(Pt),两电极的厚度范围为1％P～10％P,底电极厚度hb和上电极厚度he可以相等也可以不相等。
该新型电极结构的声表面波谐振器在接收到电信号后在压电薄膜层产生周期性的电场，从而通过逆压电效应激发出声表面波。其底电极通过磁控溅射方法沉积在衬底表面，然后利用原子层沉积镀膜技术在底电极表面生长压电薄膜，再利用磁控溅射方法生长一层金属薄膜，最后将上电极的图案通过光刻技术转移到金属薄膜上，通过刻蚀工艺在金属薄膜上刻蚀出上电极图案即完成声表面波谐振器的制备。
本发明所设计的上电极结构，采用周期性等间距排列的N根矩形金属条电极，其中N≥2，将矩形金属条电极通过金属汇流条相连通；其上电极一个周期单元有且只有一根矩形金属条电极，而传统叉指电极结构的声表面波谐振器中一个周期单元有两根矩形金属条电极，所以这种设计的声表面波谐振器的矩形金属条电极宽度与叉指电极结构的谐振器的矩形金属条电极宽度相等时，本发明的上电极周期比叉指电极结构谐振器的周期小一倍，由于声表面波谐振器的谐振频率F与电极的周期P成反比，所以当本发明声表面波谐振器的矩形金属条电极的宽度与叉指电极结构谐振器的矩形金属条电极的宽度相等时，本发明的谐振频率比叉指电极换能器结构谐振器的谐振频率能提高一倍；同时本发明的声表面波谐振器与叉指电极换能器结构声表面波谐振器在具有相同的周期数时，本发明的声表面波谐振器的面积也更小。
综上所述，本发明可以在相同光刻线宽条件下，实现更高的谐振频率；并且能减小谐振器面积，增加系统的集成度。
附图说明
图1为实施例新型换能器电极结构的声表面波谐振器俯视图；
图2为实施例新型换能器电极结构的声表面波谐振器截面图；
图3为实施例的截面电场分布仿真示意图；
附图标记：衬底-100、底电极-200、压电薄膜-300、上电极-400、金属汇流条-500。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例
如图1所示，一种新型电极结构的声表面波谐振器，由衬底100、底电极200、压电薄膜300和上电极400依次叠加构成，其中上电极通过金属汇流条500相连通。
上电极为周期性等间距排列的12根矩形金属条构成，其中衬底(100)的材料为硅；底电极(200)和上电极(400)以及汇流条(500)的材料为钼；压电薄膜(300)的材料为氮化铝。
其中：衬底(100)的厚度为700μm；底电极(200)的厚度hb为0.2μm；压电薄膜(300)的厚度hp为1μm；上电极(400)与汇流条(500)的厚度he均为为0.2μm；矩形金属条电极的宽度Le为1.8μm，长度为50P；上电极的周期长度P为4μm。
当底电极200接地，给周期性的上电极400加上1V的交变电压，压电薄膜之间的周期性电场分布情况如图3所示。
综上所述，可见本发明可以减小谐振器尺寸，增加系统的集成度，降低光刻精度要求，并且在较低的光刻线宽下使谐振器达到更高的谐振频率。
Claims (3)
1.一种新型电极结构的声表面波谐振器，由衬底、底电极、压电薄膜以及上电极依次叠加构成，其特征在于：
所述上电极由周期性等间距排列的N根矩形金属条电极组成，其中N≥2，矩形金属条电极通过金属汇流条相连通，上电极的一个周期单元有且只有一根矩形金属条电极；矩形金属条电极的宽度Le为25％P≤Le≤50％P，长度为10P到100P；其中P为上电极一个周期单元的长度，0.1微米≤P≤100微米。
2.如权利要求1所述新型电极结构的声表面波谐振器，其特征在于：所述压电薄膜的材料为氮化铝AIN或铌酸锂LiNbO3，压电薄膜的厚度hp为10％P≤hp≤80％P。
3.如权利要求1所述新型电极结构的声表面波谐振器，其特征在于：所述底电极和上电极的材料为钼Mo、铝Al、金Au或铂Pt,两电极的厚度为1％P～10％P,但底电极厚度hb和上电极厚度he可以相等也可以不相等。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191203 |